阴极与发射的研究

从固体材料的热发射机理开始分析,引出彩色显像管中最常用的氧化物阴极和浸渍式阴极,并对它们的结构、发射机理、激活过程以及工作做了详尽的分析和对比,并对其前景作了可观的描述.     

批产阴极发射电流稳定性的研究

针对脉冲栅控行波管在批量生产过程中出现发射电流不稳定的现象,结合具体问题分别从阴极本身发射能力的一致性及电子枪内结构中的阴极-栅网距离等方面进行研究。结果表明通过建立阴极抽样检测方法可使阴极的发射良品率提高30%;适当控制阴极-栅网之间的距离,可避免电子枪的温度过低及脉冲电压高等现象,从而最终保证批量生产阴极发射电流的稳定性。     

电子管的热电子阴极材料及其特性

主要介绍电子管阴极材料的种类、特性和由各种材料制成的电子管使用情况     

直丝氧化物阴极零场发射电流的求定

阴极的零场发射电流反映阴极的发射本领，是设计阴极的首要指标。求定荧光显示基本单元直丝氧化物阴极零场发射电流的粗略近似方法是从其伏安特性测试数据和曲线找出饱和过渡区起点和终点电流取平均值，较严格的方法是肖特基直线外延法，使用此法时，需根据显示管的结构特殊性注意处理若干相关的问题。     

一种Sc2O3掺杂Y-Gd-Hf-O压制式直热式阴极发射特性研究

为了提高Y-Gd-Hf-O阴极耐电子轰击能力,该文通过高能球磨、压制和高温氢气烧结,制备了一种Sc₂O₃掺杂Y-Gd-Hf-O压制式直热式阴极。该阴极在1550 °C工作温度下,经过10 W电子连续轰击480 h后,发射电流密度下降至初始值的87.5%,表现出良好的耐电子轰击能力。阴极表面的微观形貌、成分组成分析表明,经压制后氢气气氛烧结,阴极表面呈陶瓷状结构形态,有利于提高阴极的耐电子轰击能力;经高温烧结、激活后表面形成了n型半导体Y₂O_3-x层,对改善阴极表面导电性、降低逸出功和提高热发射有促进作用。     

尖锥阴极场致发射的稳定性研究

场致发射阵列（ＦＥＡ）平板显示器的实现，标志着ＦＥＡ发展到新的阶段，对ＦＥＡ的研究析的要求。场致发射的实验研究是目前推进ＦＥＡ技术的一种重要手段。文中主要从ＦＥＡ场致发射的过程和分析发射失稳现象，并从理论上加以探讨研究。结果表明，ＦＥＡ中发射不均匀是普遍的，设计中采取均流均温措施是必要的；ＦＥＡ使用前的老化钝化是必不可少的工艺手段；场致发射常伴随着热发射，对热发射的控制和利用是场致发射研究的重要内     

钼尖场致发射阵列阴极的性能研究

利用微细加工技术和双向薄膜沉积技术对钼尖场发射阵列阴极的工艺进行了较为细致的研究，并在专用的真空系统中对所得阵列阴极的发射性能进行了测试，得到了一定的场致发射电流密度值。测试中采用数据采集系统监测栅极电压、阳极电压、阳极电流和栅极电流，测量了阴极阵列的发射稳定性和发射噪声。对发射的失效机理进行了实验研究和分析，认为发射失效的主要原因在于栅极和基底之间的漏电，尖锥和棚极孔间的暗电流，电极间的放电和放气，以及环境真空度和尖锥的均匀性等。所得结果以进一步开展有射频器件和显示器件方面的应用研究打下了一定基础。     

Na2KSb光电阴极与GaAs光电阴极比较研究

测量了三代像增强器和超二代像增强器的阴极光谱反射率,结果表明在500~800 nm波长范围内,GaAs阴极的平均光谱反射率仅为6.5%,而Na2KSb阴极的平均光谱反射率却高达22%.采用减反技术之后,Na2KSb阴极的平均光谱反射率降为10%,与GaAs阴极相比还有一定的差距,因此还有进一步改进和提高的空间.测量了三代像增强器和超二代像增强器光电阴极的荧光谱,结果表明在785 nm波长激光的激发条件下,GaAs阴极的荧光谱峰值波长与Na2KSb阴极的荧光谱峰值波长基本相同,但荧光谱半峰宽和峰值强度却区别很大.说明GaAs阴极和Na2KSb阴极在吸收785 nm波长光子后,所激发的电子跃迁的能级基本相同,但跃迁电子的数量区别却很大.GaAs阴极荧光谱的半峰宽较窄,说明GaAs阴极的晶格较Na2KSb阴极的晶格更完整.当Na2KSb阴极的膜层厚度从180 nm变为195 nm之后,由于跃迁电子距真空界面的距离增大,因此导致短波的量子效率减小.尽管膜层厚度加厚,长波光子的吸收更充分,但因受到电子扩散长度的限制,长波量子效率仅仅略有增加.这说明Na2KSb阴极的电子扩散长度远远小于GaAs阴极的电子扩散长度.GaAs阴极表面吸附 Cs-O 层之后,表面电子亲和势会降低,而多碱阴极表面吸附 Cs-Sb 层之后,不仅表面电子亲和势会降低,而且跃迁电子的能级会提高,跃迁电子的数量也会增加,这说明多碱阴极在进行表面 Cs 激活之后,阴极膜层内部的能带结构发生了变化.所以要提高多碱阴极的灵敏度,除了要控制好表面的Cs激活工艺之外,还需要控制好Na2KSb基础层的结构.只有一个结构良好的Na2KSb基础层,在Cs激活之后,能带结构的变化才会有利于跃迁电子能级的提高.     

环形火山口式硅边缘阴极发射体特性研究

本文首次提出了新型环形火山口式边缘阴极发射体结构．采用国内现有的半导体工艺制备了这种结构的阴极发射体和二极管阵列．在高超净室的大气和10－4Pa真空下测量了这种二极管阵列的I－V特性．大气下发射的开启电压大约为150伏，真空下的发射开启电压大约为70伏．最后还讨论了制备工艺中光刻套准偏差对发射的影响．分析结果表明偏心对发射的影响并不很明显．     

ZrO/W肖特基发射阴极的研制

研制成功了一种实用的低功函数肖特基发射阴极—锆 /钨 (ZrO/W )阴极。这种阴极是在改进的电解腐蚀法制成的W单晶尖端表面 ,采用特别的涂覆法或蒸镀法 ,形成含ZrO膜层 ,并经特殊处理后得到的。实验测出了这种阴极在适当条件下的功函数值为 2 .86电子伏特左右 ,低于钨阴极的功函数值。     

O+阴极低发射不良的分析和改善

2003年末和2004年初,华飞彩色显示系统公司使用O 阴极的生产线连续出现较高的低发射不良率,我们对这些批次发射不良问题作了研究和改善.经分析发现低发射阴极粉层表面可以见到大面积的变色,同时还有黑点,进一步分析又发现黑色斑点通常会在镍含量增加的情况下出现.文章分析了废品管发生发射不良的机理,并对分析推断的不良模型进行了模拟实验验证,最后利用分析推断结果,提出了针对性的改善方案,方案在生产中得到了验证,低发射问题得到解决.     

热阴极逸出功非均匀性对本征发射度的影响

热阴极广泛应用真空电子器件、加速器、自由电子激光等各类束流装置,热阴极表面状态非均匀性对束流本征发射度有着显著的影响.本文推导了非均匀发射阴极的均方根本征发射度理论形式,并分析了逸出功非均匀性及其统计效应对本征发射度的影响.针对逸出功径向和一维余弦分布模型,计算了均方根发射度与逸出功非均匀性关系的理论数值解;基于有限差分法粒子仿真技术,开发了专用于阴极仿真的程序YY-PICMC,并验证了理论形式的正确性;针对逸出功二维余弦分布模型进行了理论和仿真分析,结果表明逸出功分布空间频数对均方根发射度涨落有显著影响,当空间频数趋于无限大时,发射度增长系数趋于1,即逸出功均匀阴极的情形;最后,分析了最接近真实阴极表面状态的二维逸出功随机分布模型,仿真结果表明随着空间频数增加,发射度增长系数统计方差逐渐减小,符合余弦模型结果的预期.本文建立的理论形式和仿真方法可以用于评估各类阴极表面逸出功空间非均匀性特征对束流本征发射度的影响程度.     

阴极蒸发物电子发射现象的研究

为研究钡钨阴极蒸发物的电子发射现象,采用一种新设计的测试装置,对沉积在多晶钨表面上阴极蒸发物的电子发射曲线进行了采集,利用电子发射显微镜和扫描电镜对蒸发物沉积层的电子发射像、表面形貌和成分进行了分析。结果表明,电子发射曲线分3段,即陡升段、快升段和缓升段。分析认为,发射曲线的3段依次对应着多晶钨表面的晶界及划痕发射、晶面发射和3维岛状发射。实践证明,在覆膜阴极表面构造均匀弥散分布的岛状晶体发射点,可大幅度提高阴极的电子发射性能。     

铁电阴极电子发射的动态特性分析

主要研究了铁电阴极电子发射的动态特性,通过对收集到的激励电压和发射电流波形进行幅频特性和相频特性分析,得到电子发射的敏感频率区域为0.65～2 MHz.运用电子发射的极化反转机理,在以上动态特性分析结果的基础上,研究电子发射与极化之间存在的关系,得出转向极化对电子发射的贡献大,热离子极化对电子发射贡献小的结论.在以上结果基础上提出提高电子发射的两种途径:一是通过掺杂增加自由离子浓度,以提高热离子极化,从而提高电子发射;二是改进激励源的设计,使输出电压的频谱包含更多对电子发射频率敏感的成分.     

几种爆炸发射阴极材料性能初探

对几种爆炸发射阴极材料性能进行了初步比较,其中碳纤维阴极具有独特的优点,如阈值电压低,等离子体膨胀速度低,电流密度大,发射均匀,本底气压变化小,寿命长等,有利于二极管脉冲宽度的增加,并提出一些参考意见.     

铁电冷阴极材料电子发射实验研究

铁电冷阴极材料是一种在脉冲电压激励下从铁电表面获得很强的脉冲电子发射的新型功能材料。如何提高该材料的发射电流密度、束发射度和束亮度,是其研究的一个热点。本实验采用硅橡胶,清漆作为底电极表面及栅电极边缘的绝缘保护层,避免了表面放电现象,使得激励场强增大,从而极大地提高了铁电冷阴极材料的发射电流密度,最高达187 A/cm2,从归一化均方根发射度εn(m·rad)和归一化峰值亮度βn(A/m2·rad2)理论计算值来看,也大大改善了材料的束发射度和束亮度。     

场致发射阵列阴极制备工艺研究

在修改常规Spindt型阴极制备工艺的基础上制作出低电压驱动且具有亚微米栅极孔径的场发射阵列,采用硅的局部氧化工艺制备栅极绝缘层,利用硅的侧向氧化使栅极孔径降低到亚微米量级,腐蚀出微腔阵列,通过固定角度蒸发铝制作牺牲层,再利用电子束蒸发钼,在微腔里沉积钼尖锥,去除牺牲层,成功制备出钼尖锥场发射阵列.为了改善场发射性能,制作出了六硼化镧尖锥阵列.分别对钼尖锥阴极阵列和六硼化镧尖锥阴极阵列的场发射特性进行了测试.本文研究对场发射阵列在实际中应用有着重要的意义.     

气体放电光源用新型压制阴极的坯体成型与烧结技术

随着气体放电光源在红外、激光技术等领域的广泛应用。以阴极技术为代表的气体放电光源制造技术得到了飞速发展。本文介绍了一种新型压制阴极的成型与烧结技术。